Epigenetische Mechanismen bei der Pathogen-spezifischen Mastitis der Kuh

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Juliane Günther; Privatdozent Dr. Wolfram Petzl
• Fachliche Zuordnung: Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251480024

Die Entzündung des Euters (Mastitis) ist eine der Haupterkrankungen des Milchrindes. Neben der üblicherweise akut verlaufenden Escherichia coli Mastitis ist insbesondere die subklinisch und oftmals chronisch verlaufende Staphylococcus aureus Mastitis von großer ökonomischer und gesellschaftlicher Bedeutung, denn ihre Heilung erfordert die Applikation von Antibiotika, die jedoch in ~40% der Fälle erfolglos ist. Die erheblichen Anstrengungen der letzten Jahren zur Aufdeckung der Pathogen-spezifischen Regulationsmechanismen der Mastitis-Pathogenese auf molekularer Ebene konzentrierten sich auf das Erfassen der veränderten Genexpression des Wirtes nach Pathogen Kontakt und die Analyse der klassischen Induktionsmechanismen der Transkription von Kandidatengene. Nicht untersucht wurde jedoch die Beteiligung und Bedeutung epigenetischer Regulationsmechanismen für die Immunabwehr im Euter. Die bedeutende Rolle epigenetischer Prozesse als Regulatoren der Genexpression wurde mittlerweile für viele verschiedene Erkrankungen umfänglich belegt. Ein wichtiger epigenetischer Mechanismus ist die Acetylierung und Methylierung des Histons H3. Ziel des Vorhabens ist zunächst die umfassende Dokumentation von Veränderungen des Histon H3-Codes im Verlauf der Wirt-Pathogen Interaktion, sowohl im Euter, als auch im Zellkulturmodell. Verglichen werden die Wirkungen der Keime E. coli und S. aureus. Die entsprechenden Histon H3 Varianten werden mit hierfür spezifischen Antikörpern präzipitiert (Chromatin Immunpräzipitation; ChIP) und die anhaftenden DNA-Segmente sowohl global charakterisiert (ChIP-Seq Technik) als auch bezüglich relevanter Kandidatengene analysiert. Die Rolle epigenetischer Mechanismen zur Aktivierung von Immunfunktionen im Euter wird durch den analytischen Einsatz von Inhibitoren bekannter Histon-modifizierender Enzyme im Zellmodell validiert. Bezüglich der chronischen S. aureus Mastitis wird in Anlehnung an Vorberichte untersucht, ob die intra-mammäre Behandlung mit Vitamin D3, einem bekannten Modulator von Histon-Signaturen, die Dauer der Erkrankung verkürzt und somit das Risiko chronischer Verläufe vermindern kann. Die Physiologie einer chronischen S. aureus Mastitis soll hierfür an Kontrolltieren durch umfangreich klinische Diagnostik dokumentiert und die Wirksamkeit der Vitamin D3 Behandlung analysiert werden. Die zugrunde liegenden Mechanismen der Vitamin D3 Wirkung (Änderung der Histonsignaturen; Expression von Kandidatenfaktoren, Funktionalität von Immunzellen) wird sowohl in vivo (Eutergewebe, Gemelkzellen, Blut) als auch in vitro, in der Zellkultur, detailliert untersucht. Diese erstmalige Aufklärung epigenetische Mechanismen bei der Pathogen-spezifischen Abwehr im Euter wird neue Grundlagen für das Verständnis der Regulation immunphysiologischer Prozesse in diesem Organ liefern. Die Ergebnisse können neue, innovative Prophylaxe- und Therapieansätze aufzuzeigen, basierend auf der Modulation dieser epigenetischen Prozesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Hans-Martin Seyfert; Professor Dr. Holm Zerbe